机械加速澄清池

定义

机械加速澄清池把混凝剂与原水的混合、絮凝反应以及絮体与水的分离三个阶段安排在同一座构筑物内完成，按池内泥渣与原水的接触方式划分，属于泥渣循环分离型澄清池^[2]。它与悬浮泥渣过滤型澄清池的主要差别在于，池内泥渣不是依靠上升水流悬浮维持，而是由机械提升设备强制循环回流^[2]。

结构上采用三级功能分区：下部为第一反应室，中部为第二反应室，上部为分离室，第二反应室设有导流板以消除旋流^[1]。整台设备还包括集水槽、支撑桥、变速驱动装置、进出水管、加药管、取样管、泥渣排放管、轴承及支架、搅拌叶轮、搅拌机轴、刮泥机轴和刮泥机臂等部件^[4]。

原理

原水由进水管进入环形配水三角槽，经槽底调节缝流入第一反应室，混凝剂可投加在配水槽内，也可加到反应室中^[1]。叶轮旋转在第一反应室形成涡流，使进水、药剂与大量回流泥渣快速混合并完成初步反应；叶轮的提升作用再把混合液送入圆筒形的第二反应室，让絮粒继续长大^[4]。

混合液经导流板折流进入分离室后过水断面骤然扩大，流速下降，泥渣靠重力下沉，清水由集水槽引出。沉下的泥渣一部分经回流缝返回第一反应室继续参与反应，过量部分进入浓缩斗后定期排放^[1]。

主要运行指标方面，清水区上升流速一般控制在 0.8～1.1mm/s，总停留时间约 1.2h，泥渣循环量为进水量的 3～5 倍；按容积计算，第一反应室约为第二反应室的 2 倍，分离室则占到约 7 成^[1]。

处理流程可概括如下，箭线表示水流与泥渣的走向^[1]:

graph TD

A[原水与混凝剂] --> B[第一反应室]

B --> C[第二反应室]

C --> D[导流室]

D --> E[分离室]

E --> F[集水槽出水]

E --> G[回流缝]

G --> B

E --> H[泥渣浓缩室]

H --> I[定期排泥]

发展历程

该池型的前身是美国 InFilco 公司研制的 Accelator。20 世纪 20 年代起，这家位于芝加哥的水处理设备公司为克服水泵回流污泥时打碎絮体的问题开始相关研究，1936 年在伊利诺伊州建成第一座用于市政给水软化与澄清的 Accelator 装置，此后这类“高负荷处理工艺”逐步推开^[5]。

该装置把混合反应、泥渣回流和排泥集中在一个池体内完成，采用低剪切转子与叶轮组合分别控制搅拌和回流^[6]。在中国，这一池型曾被编入国家标准澄清池设计，相关专利文献即以国家标准机械加速澄清池作为改进对象^[7]。

日本在 1955 年至 1965 年间大量兴建加速澄清池，后因运行管理困难一度停建；到 1980 年，全国仍有 744 座加速澄清池在运转，处理水量约 1000 万立方米/日，约占其各类沉淀池总处理量的 23%^[8]。

20 世纪 80 年代前后，在池内加设上向流斜板（斜管）以提高产水量、改善出水水质的做法在日本和中国的不少水厂得到采用，日本新津市满愿寺净水厂即在扩建时对全部池体加装了斜板装置^[8]。近年还出现了以进水流量和污泥沉降比作为控制信号的全自动运行控制系统，可自动调节进水流量并自动排泥^[9]。

应用

该设备主要用在给水处理、污水处理和电厂中水回用等场合，处理水量范围大致为每小时 200～2200 立方米^[3]。电力行业常把它用于原水预处理和循环水补水处理^[3]。

有电厂净化站院内建成 5 座机械搅拌加速池，每座各配搅拌机和刮泥机 1 台，用来完成泥渣回流和接触反应；运行时投药后的源水进入第一反应室，与数倍于源水的循环水接触反应，再经叶轮提升至第二反应室生成较大絮粒，最后进入分离室沉淀分离^[10]。

矿业领域也有应用，例如赤贫铁矿选厂的污水处理以机械加速澄清池作为核心澄清构筑物，进水浊度在 6000mg/L 以下时，改进后的澄清池出水浊度可降到 100mg/L 以下，供选厂循环使用^[7]。

在乡镇供水方面，福建角美开发区水厂的三期扩改建即选用机械加速澄清池，以应对雨季与非雨季源水浊度的大幅变化，并据此积累了生产操作经验^[11]。

局限

该池型最突出的不足是泥渣回流量大。由于回流的活性泥渣浓度较低，回流量通常达到进水流量的 3～5 倍，絮凝区因而占地较大，整池体积、建设费用和运行能耗都随之增加^[12]。

回流缝堵塞是运行中的常见故障。不少水厂的机械加速澄清池都出现过回流槽堵塞，设计中回流缝的取值也不易确定^[12]。有电厂投运后约每 3 个月就出现一次回流缝堵塞，絮凝效果变差、药耗升高，只能放空冲洗处理^[10]。

综合来看，机械加速澄清池存在回流量偏大、占地多、池容利用不充分、回流缝容易堵塞以及药剂投加量偏高等问题^[13]。长期运行中还容易出现矾花上浮跑损、斜管区淤堵以及泥渣回流不畅等现象^[14]。

用作软化澄清池时，其底部悬浮污泥回流量不易精确控制，可能导致出水悬浮物超标、出水稳定性变差，池体及后续滤池容易结垢；排泥浓度低、泥斗易堵塞，结构复杂、土建施工难度也较大^[15]。另一方面，正因其表面水力负荷较低、水力停留时间较长，同等污泥产量下固体负荷通量较小，在处理易结垢污堵的废水时反而比高效沉淀池更有优势^[15]。

此外，水面藻类杂物、设备陈旧老化漏油、加药管与排泥管堵塞以及夏季进水温度过高等因素，都会影响其澄清效果^[10]。

参见

• 澄清池 —— 机械加速澄清池是澄清池中泥渣循环型的一类，是本词条所述设备的统称。

• 水力循环澄清池 —— 依靠水射器形成的真空吸入泥渣完成循环，不需要机械搅拌提升装置。

• 斜管沉淀池 —— 常被用来改造机械加速澄清池的分离区，以提高产水量和出水水质。

• 高效沉淀池 —— 20 世纪 80 年代起在欧洲发展起来的新型澄清工艺，在软化澄清等场合与机械加速澄清池形成替代关系。

• 污泥回流 —— 泥渣回流量的大小与控制是该池型运行特性和主要局限的关键环节。

• 混凝 —— 该池通过接触絮凝强化混凝效果，是其工作过程的化学基础。